“Hay que haber comenzado a perder la memoria, aunque sea sólo a retazos para darse cuenta de que esta memoria es lo que constituye toda nuestra vida. Una vida sin memoria no sería vida” — Luis Buñuel Portolés, director de cine.
Cada año, cientos de millones de personas experimentan el dolor de la pérdida de memoria.
Las razones son numerosas: lesiones cerebrales traumáticas, que aparecen en un número perturbadoramente alto de veteranos y jugadores de futbol, accidente cerebrovascular o la enfermedad de Alzheimer, que a menudo plagan a los ancianos, o el normal envejecer del cerebro, algo que inevitablemente nos toca a todos.
La pérdida de la memoria parece algo inaceptable. Pero un neuro-científico disidente está trabajando duro en una cura electrónica. Financiado por DARPA, Dr. Theodore Berger, un ingeniero biomédico de la Universidad de Sud Carolina, está probando unos implantes de mejora de memoria, que imitan a las señales de procesamiento que ocurren cuando las neuronas están poniendo nuevos recuerdos a largo plazo.
El revolucionario implante, ya muestra que ayuda en la codificación de la memoria en ratas y monos, está ahora empezando a probarse en pacientes humanos con epilepsia. Una emocionante primera prueba que puede empujar enormemente en campo de las prótesis de memoria.
Para llegar aquí, eso sí, el equipo tuvo primero que descifrar el código de la memoria.
Decifrando la memoria
Desde el principio, Berger sabia que se enfrentaba a un enorme problema.
No estabamos intentando igualar todo lo que el cerebro hace al processor la memoria, pero al menos intentar conseguir una imitación decente, cuenta Berger.
“Por supuesto la gente pregunta: ¿puedes modelarlo y ponerlo en un dispositivo? ¿Puedes hacer que este dispositivo funcione en cualquier cerebro? Es este tipo de cosas que lleva a pensar a la gente que estoy loco. Piensan que es demasiado difícil.” Agrego.
Pero el equipo tuvo un buen lugar para empezar.
El hipocampo, una región enterrada profundamente dentro de los pliegues y surcos del cerebro, es el guardián crítico que transforma los recuerdos de corta duración a largo plazo. En tenaz persecución, Berger pasó la mayor parte de los últimos 35 años tratando de entender cómo las neuronas en el hipocampo logran esta complicada hazaña.
En el fondo, una memoria es una serie de pulsos eléctricos que se producen con el tiempo, que son generados por un número determinado de neuronas, dijo Berger. Esto es importante – ya que sugiere que podemos reducirlo a ecuaciones matemáticas y ponerlo en un marco computacional.
Berger no ha estado solo en su búsqueda.
Al escuchar el parloteo de las neuronas en el proceso de aprendizaje de un animal aprende, equipos de neurocientíficos han empezado a descifrar el flujo de información dentro del hipocampo que admite la codificación de la memoria. La clave de este proceso es una señal eléctrica fuerte que viaja desde CA3, la parte de “entrada” del hipocampo, a CA1, el nodo de “salida”.
Esta señal se ve afectada en las personas con discapacidades de memoria, cuenta Berger, así que por supuesto que pensamos que si podíamos volver a crearla utilizando silicio, podríamos ser capaces de restaurar – o incluso aumentar – la memoria.
Reduciendo la brecha
Sin embargo, el código de memoria del cerebro resultó ser muy duro de roer.
El problema radica en la naturaleza no lineal de las redes neuronales: Las señales son a menudo ruidosa y constantemente se superponen en el tiempo, lo que lleva a suprimir o acentuar algunos datos. En una red de cientos y miles de neuronas, cualquier pequeño cambio podría ser amplificado enormemente y dar lugar a salidas muy diferentes.
Es un cuadro negro caótico, comenta Berger entre risas.
Con la ayuda de técnicas de computación modernos, sin embargo, Berger cree que puede tener una solución en bruto en la mano. ¿Su prueba?
Utilizo sus teoremas matemáticos para programar un chip, y luego ver si el cerebro acepta el chip como un reemplazo – o un adicional – módulo de memoria.
Berger y su equipo comenzaron con una tarea sencilla utilizando ratas. Entrenaron a los animales para empujar una de las dos palancas para conseguir un sabroso manjar, y registraron la serie de CA3 CA1 a impulsos electrónicos en el hipocampo de como los animales aprendieron a recoger la palanca correcta. El equipo capturó con cuidado la forma en que se transforman las señales de la sesión que se estableció en la memoria a largo plazo, y utiliza esa información – la “esencia” eléctrica de la memoria – para programar un chip de memoria externa.
Después inyectaron a los animales con un medicamento que interrumpe temporalmente su capacidad de formar y acceder a la memoria a largo plazo, haciendo que los animales se olviden de la palanca de la recompensa asociada. A continuación, implantando microelectrodos en el hipocampo, el equipo pulsaba CA1, la región de salida, con su código de memoria.
Los resultados fueron sorprendentes – impulsado por un módulo de memoria externa, los animales recuperaron su capacidad para recoger la palanca derecha.
Animado por los resultados, Berger intentó su implante de memoria en los monos, esta vez centrándose en una región del cerebro llamada la corteza prefrontal, que recibe y modula memorias codificadas por el hipocampo.
Colocando electrodos en el cerebro de los monos, el equipo mostró a los animales una serie de imágenes semi-repetidas, y capturó la actividad de la corteza prefrontal cuando los animales reconocían una imagen que habían visto antes. Luego, con una fuerte dosis de cocaína, el equipo inhibe esa región particular del cerebro, que interrumpió el recuerdo del animal.
A continuación, utilizando electrodos programados con el “código de la memoria”, los investigadores guiaron el procesamiento de señales del cerebro de nuevo en marcha – y el rendimiento de los animales mejoro significativamente.
Un año más tarde, el equipo validó aún más su implante de memoria, mostrando que también se podrían rescatar los déficits de memoria debido al mal funcionamiento del hipocampo en el cerebro del mono.
Un implante de memoria en humanos
El año pasado, el equipo con cautela comenzó a probar su prototipo de implante de memoria en voluntarios humanos.
Debido a los riesgos asociados con la cirugía cerebral, el equipo reclutó a 12 pacientes con epilepsia, que ya tenían electrodos implantados en su cerebro para rastrear el origen de sus convulsiones.
Convulsiones repetidas destruyen constantemente partes críticas del hipocampo que es necesario para la formación de la memoria a largo plazo, explicó Berger. Así que si los implantes, podría beneficiar a estos pacientes.
El equipo pidió a los voluntarios a mirar a través de una serie de imágenes, y luego recordar cuáles habían visto 90 segundos más tarde. A medida que los participantes aprendieron, el equipo registro los patrones de descarga, tanto en nodos CA1 y CA3 -es decir, la entrada y salida.
Utilizando estos datos, el equipo extrajo un algoritmo – un “código de memoria” humano específico – que podría predecir el patrón de actividad en las células CA1 basados en las aportaciones CA3. En comparación con los patrones de disparo reales del cerebro, el algoritmo genera predicciones correctas aproximadamente el 80% de las veces.
No es perfecto, dijo Berger, pero es un buen comienzo.
El uso de este algoritmo, los investigadores han comenzado a estimular las células de salida con una aproximación de la señal de entrada transformada.
Ya hemos utilizado el patrón para cargar el cerebro de una mujer con epilepsia, dijo el doctor Dong Song, profesor asociado que trabaja con Berger. Pero sigue siendo tímido sobre el resultado. Se limitó a decir que, aunque prometedor, todavía es demasiado pronto para decirlo.
La cautela está justificada. A diferencia de la corteza motora, con su clara representación estructurada de diferentes partes del cuerpo, el hipocampo no está organizada de ninguna manera obvia.
Es difícil entender por qué estimulando zonas de entrada de datos puede dar lugar resultados predecibles, dijo el Dr. Thoman McHugh, un neurocientífico del Instituto de Ciencia del Cerebro RIKEN. También es difícil determinar si un implante de este tipo podría salvar la memoria de aquellos que sufren de daños en el nodo de salida del hipocampo.
“Dicho esto, los datos son convincentes,” McHugh reconoció.
Berger, por otro lado, está en éxtasis. “Nunca pensé que vería esto en humanos”, dijo.
Pero el trabajo está lejos de terminar. En los próximos años, Berger quiere ver si el chip puede ayudar a construir recuerdos a largo plazo en una variedad de situaciones diferentes. Después de todo, el algoritmo se basa en grabaciones del equipo de una tarea específica – ¿y si el llamado código de la memoria no es generalizable, y varía en función del tipo de entrada que recibe?
Berger reconoce que es una posibilidad, pero mantiene la esperanza.
Yo creo que vamos a encontrar un modelo que es una muy buena opción para la mayoría de condiciones, dijo. Después de todo, el cerebro está restringido por sus propias biofísica – sólo hay un número finito en que las señales eléctricas en el hipocampo pueden ser objeto de tratamiento, dijo.
“El objetivo es mejorar la calidad de vida de alguien que tiene un déficit de memoria severa”, dijo Berger. “Si yo puedo darles la capacidad de formar nuevos recuerdos a largo plazo con la mitad de las condiciones que la mayoría de las personas viven en, seré feliz, como también lo serán la mayoría de los pacientes.”
Es difícil que nuestra imaginación no se dispare leyendo noticias como estas, que además de la utilidad real y practica que pueden tener, estimulan enormemente nuestra imaginación. No sé si solo soy yo, pero no he podido dejar de pensar en el capítulo 3 de la primera temporada de Black Mirror “The Entire history fo you”.
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visto en singularityhub.com
